新型SGLT2抑制剂的设计、合成与降血糖活性研究

论文摘要

糖尿病是严重威胁人类健康的常见疾病,以高血糖为显著特征,它可以诱发心脏病、视网膜病、肾病及神经系统疾病等多种并发症。随着各国糖尿病患者的逐年增加,已经使其成为备受人们关注的社会、经济和健康问题。由于目前上市的抗糖尿病药物并不能有效控制血糖水平,而且还存在一些副作用,因此,开发更为有效且毒副作用小的治疗药物,已成为学术界、医药学界、工业界共同关注和期待解决的重大课题。体内贮存的能量不仅能被肠和肌肉消耗掉,而且可以在肾里通过尿液排出多余的葡萄糖。因此,通过药物刺激尿糖的排出从而影响体内能量的消耗,进而达到降低体内血糖的目的,极有可能给Ⅱ型糖尿病患者提供一种新的药物治疗手段。在肾小管里,Na+-葡萄糖协同转运蛋白2 （sodium-dependent glucose co-transporter 2, SGLT2）在葡萄糖的重吸收中起主要的作用：SGLT2转运90%的肾重吸收葡萄糖,而SGLT1转运其余的10%。因此抑制SGLT2活性,从而特异性地抑制肾脏对葡萄糖的重吸收,已经成为寻找潜在抗糖尿病药物的新靶点。我们选择以SGLT2抑制剂作为研究课题,同时采用计算机辅助设计软件,对新设计的化合物进行了初步的活性预测并进行合成,然后通过活性筛选,以期发现新型结构的先导化合物。分子对接是现代药物研究的重要工具和手段。通过对接,可以研究配体与受体之间的结合模式,获得一些有益的结合信息,为新的抑制剂的设计与筛选工作指明方向。由于目前还没有SGLT2受体三维结构的实验数据报道,我们首先使用Schrodinger 9.0和GROMACS 4.0软件对SGLT2受体进行同源模建及优化,然后通过分子对接研究,了解目标化合物与SGLT2受体的结合方式,获取相关的数据,从而对新设计的化合物进行初步的活性预测。目前,报道的SGLT2抑制剂主要有O-芳基抑制剂、C-芳基抑制剂等。由于O-芳基抑制剂含有O-葡萄糖苷键,在体内容易被p-葡萄糖苷酶降解,另外该类化合物存在一些其他不受欢迎的副作用。而C-芳基抑制剂克服了O-芳基抑制剂的这些缺点,目前该类化合物研究进展较快。根据生物电子等排原理,我们以Dapagliflozin为先导化合物,将分子中的苯环分别以噻二唑、四唑等五元芳香杂环及饱和环环己烷替换,设计了三类化合物：（1）含噻二唑环的硫代糖苷类化合物,（2）含四唑环的N-糖苷类化合物,（3）含反式环己烷结构的C-葡萄糖苷类。我们利用对接方法对设计的化合物进行初步的活性预测。第一类：第二类：第三类：在目标化合物的合成中,我们采取了汇聚式的合成路线（convergent route）。我们在第三章中合成了16个含噻二唑环的硫代糖苷类化合物。首先对中间体乙酰化的溴代糖进行了合成,然后由取代的苯乙酸出发,经酯化、肼解、成盐后,再与浓硫酸反应合环生成中间体2-巯基-5-（取代苄基）-1,3,4-噻二唑,再通过亲核取代、水解、离子交换得到最终产物。我们在第四章中合成了12个含四唑环的N-糖苷类化合物。由取代的苯乙酸出发,经酯化、氨解、脱水后,再与叠氮钠反应合环生成中间体5-（取代苄基）四唑,然后与乙酰化的溴代糖发生亲核取代,再经过水解、离子交换得到最终产物。我们在第五章中合成了4个含反式环己烷结构的葡萄糖苷类化合物。首先我们合成了全三甲基硅烷基保护的葡萄糖酸内酯,然后由反式-4-取代的环己烷甲酸出发,经亲核取代、Friedel-Crafts酰基化、还原得到中间体4-溴-2-[（反式-4-取代环己基）甲基]苯甲醚,在-78℃下使用n-BuLi处理,得到溴-锂交换产物芳基锂,后者与后加入全三甲基硅烷基保护的葡萄糖酸内酯发生亲核加成反应,经甲基糖苷化、还原、酯化、纯化、水解、离子交换得到最终产物。通过一系列的反应,我们共合成各类型目标化合物32个,全部是新化合物。用’HNMR、HRMS、IR对这些化合物进行了分析,并对部分化合物进行了13C NMR分析,确定了这些化合物的结构。口服葡萄糖耐量实验（OGTT）对新合成化合物进行的降血糖活性研究显示,在含噻二唑环的硫代糖苷类化合物中,有4个化合物有较好的降血糖活性,其中以苯环上无取代Ⅲ-1a的活性为最强,抑制率为74.85%（阳性药Gliclazide的抑制率为27.52%）；在含四唑环的N-糖苷类化合物中,普遍存在葡萄糖苷类化合物较半乳糖苷类化合物的降血糖活性好,这可能与SGLT2的性质有关,SGLT2作用的底物是葡萄糖,同时发现四唑上2位取代物较1位取代物的降血糖活性好,当苯环上取代基不同,活性也表现出差异,OEt>OMe>H,在此类化合物中,化合物IV-11c和IV-11e的抑制率分别为73.9%和77.0%（阳性药Dapagliflozin的抑制率为68.3%）；在含反式环己烷结构的葡萄糖苷类化合物中,均有较好的降血糖活性,其中随着反式环己烷上的取代基不同,活性也不同,其中以取代基为乙基时活性最强,抑制率为85%（阳性药Dapagliflozin的抑制率为84%）。本文的研究工作发现了具有抑制SGLT2活性的新型先导化合物,为后续工作奠定了良好的基础,是对SGLT2抑制剂研究的有益探索。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 前言
• 第一节 抗糖尿病药物研究的重要性
• 第二节 SGLT2及其抑制剂研究进展
• 第三节 本课题研究的目的及意义
• References
• 第二章 SGLT2抑制剂的分子设计及分子对接研究
• 第一节 SGLT2抑制剂的分子设计
• 第二节 SGLT2与设计化合物的分子对接研究
• References
• 第三章 含噻二唑环的硫代糖苷类SGLT2抑制剂的合成及降血糖活性研究
• 第一节 合成路线设计与探索
• 第二节 实验部分
• 第三节 含噻二唑环的硫代糖苷类SGLT2抑制剂降血糖活性研究
• 第四节 结果与讨论
• References
• 第四章 含四唑环的N-糖苷类SGLT2抑制剂的合成及降血糖活性研究
• 第一节 合成路线分析与探索
• 第二节 实验部分
• 第三节 含四唑环的N-糖苷类SGLT2抑制剂的降血糖活性研究
• 第四节 结果与讨论
• References
• 第五章 含反式环己烷结构的C-葡萄糖苷类SGLT2抑制剂的合成及降血糖活性研究
• 第一节 合成路线分析与探索
• 第二节 实验部分
• 第三节 含反式环己烷结构的C-葡萄糖苷类SGLT2抑制剂降血糖活性研究
• 第四节 结果与讨论
• References
• 总结论
• 附图
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表
• 附录